本文根据硅基阳极材料的特点，研究了不同成分的电解液对硅阳极表面成膜的影响及其机理，并通过使用不同的添加剂改善了硅碳阳极的电化学性能。
目前市场上的锂离子电池大多采用石墨负极材料。从石墨的比容量和压实密度来看，很难提高阴极材料的能量密度。与石墨阳极相比，硅基阳极材料在能量密度方面具有明显优势。石墨的理论比容量为372mAh/g，而硅基负极材料的理论比容量超过10倍，达到4200 mAh/g，硅碳复合材料可以大大提高单体电池的比容量，增加电动汽车的续航里程。
硅基负极材料也有明显的缺点，主要表现在以下两个方面:一是硅颗粒与锂脱嵌时，颗粒被粉碎脱落，导致结构坍塌，最终导致电极活性材料与集流体分离；二是由于硅颗粒表面不断生长固体电解质层，导致电解质和锂源从正极不可逆消耗。由于硅基阳极材料的体积效应，硅很难在电解液中形成稳定的固体电解质界面膜。随着电极结构的破坏，新的SEI膜不断在暴露的硅表面形成，加剧了硅的腐蚀和容量衰减。因此，为了提高硅基阳极材料的电化学性能，系统研究电解质添加剂在硅阳极表面的作用机理是必要和迫切的。
本文根据硅基阳极材料的特点，研究了不同成分的电解液对硅阳极表面成膜的影响及其机理，并通过使用不同的添加剂改善了硅碳阳极的电化学性能。对SiO-C/Li纽扣半电池进行充放电，分析其成膜机理和形貌，并以膨胀相对较小的二氧化硅掺杂石墨为负极材料，对NCM/SiO-C软包装电池进行室温测试。
一、实验
1.1极片的生产
正极:以Ni-Co-Mn三元材料为正极材料，油状PVDF为正极粘结剂，Super-P为导电剂，吡咯烷酮为溶剂，按一定比例混合成正极浆料。
负极:由SiO混合石墨制成的硅碳负极，以水基SBR为负极粘结剂，以Super-P为导电剂，以蒸馏水为溶剂，按一定比例混合成负极浆料。
将阳极糊和阴极糊均匀地涂覆在铝箔和铜箔的表面上，并干燥。经过轧制、切割和干燥，制成实验极片。
1.2纽扣电池生产
将二氧化硅碳/锂半电池组装在充有氩气的手套箱中，其中锂金属片是电池级的。纽扣电池是通过滴加适量的电解液，加上隔膜制成的，型号为CR2032。电解液溶剂成分为EC: EMC = 1: 1，添加剂为VC、FEC、LiPO2F2。
表1三种电解质组成的比较
扣式半电池循环五次后，取出手套箱中的负极极片，用流动的EMC清洗，待EMC清洗完全挥发后，将极片放入自封袋中，进行后续的硅碳负极形貌扫描。从表2的硅碳负极放电比容量测试结果可以看出，添加5% SiO 2可以有效提高负极比容量，3#电解液体系比容量可达395.73mAh/g，说明3#添加剂在负极板上成膜更完整致密，成膜电阻更低，有利于减少不可逆容量损失。三种电解液的首次库仑效率排序为:3 # > 1# > 2#，其中1#电解液和2#电解液对硅碳负极的比容量和首次库仑效率影响不大。
图1不同电解质体系循环后硅碳阴极的表面形貌
图1显示了不同电解质体系下硅碳阳极的表面形貌，其中白色颗粒为SiO，灰色颗粒为石墨颗粒。从三张图片可以看出，SiO-C/Li纽扣半电池经过5次循环后，硅碳负极板表面已经明显形成了裂纹，这是由于电化学循环中锂离子的嵌入和脱出导致硅材料体积膨胀收缩，产生的机械力会改变材料的结构，甚至发生坍塌。因此，随着循环的进行，硅颗粒周围容易形成裂纹，从形貌上看是极片裂纹。这些裂纹的形成会导致极片表面的SEI膜破裂，电池的循环寿命降低。
2.2添加剂成膜机理分析
用SiO-C/Li纽扣半电池在0.01C缓慢放电，微分放电曲线观察电解液中添加剂在硅碳阴极表面的成膜现象和作用机理。SiO-C体系0.01C放电曲线如图2所示，放电曲线微分图如图3所示。
